恒星杀害子女,并且掩饰罪行?天文学家如何逮捕它们?

2023-10-01 23:08:05

杀死行星的恒星可以“掩饰”它们的罪行。来看看我们是如何“逮捕”它们的。


(图解:一张关于恒星如何吃掉它的行星的艺术想象图。图源:NASA/ESA/G. Bacon。)

尽管恒星提供了养育行星数十亿年的家园,恒星们有时会“离经叛道”,甚至“吃掉”它们的孩子。但随着时间的流逝,“杀害子女罪”的证据会逃逸进恒星的核中,并且永不见于天日。

但是现在,天文学家们找到了一种在作案现场逮捕“杀人犯”恒星的方法,并且可以推出离事态恶化还有多长时间。


(图解:“死亡恒星”。图源:dailystar。)

【恒星什么时候会开始“饥不择食”?】

恒星可能在它生命循环的多个阶段“杀死”——尽管天文学家更倾向于用“吞噬”这个文明一些的词——它的行星。在这个生命循环的一端,当典型的类日恒星将要死亡的时候,它会膨胀并且变得通红,成为一颗巨星或超巨星。


(图解:红巨星。图源:nurmuhammad。)

当膨胀发生的时候,星系内的任何不太幸运的,过于接近恒星的“小世界”都会直接被吃掉。祸水甚至会殃及到星系外的行星,因为这颗奄奄一息的恒星痉挛时产生的汹涌滔天的引力波会不断向四周推移,“好风凭借力”般助力行星猛冲到它们各自的母恒星中。这命运将会在大约45亿年之后降临到我们的太阳系,这时候太阳将会摧毁水星、金星,然后,极有可能,摧毁地球。


但摧毁一颗行星不是老年恒星的专利。但恒星还年轻的时候,这种情况也会发生。一个太阳系刚建立的时期是格外腥风血雨的一段时期。位于星系中央的原恒星既长温度,又长密度,还会时不时地闹一场暴脾气——向外刮起一场等离子体风暴。

同时,行星们开始围绕着这颗喜怒无常的恒星旋转——从一开始星子在小范围内撞向彼此、打破各自的引力平衡,到为了成为一颗合格的行星而决斗。自然而然地,一些物质会从星系中喷射出来,也有一些物质流入中央那颗正在形成的恒星中。


【一则关于金属的故事】

构成行星的物质在流入恒星时,流得有快有慢。有时,重元素形成的稳定的涓涓细流会维持上百万年不枯竭。这种“作案”类型,不是简单粗暴地杀死一颗行星,而更像慢慢地榨干恒星所需要的所有原料,然后构建更多更大的恒星周围的“小世界”。

有时,行星会一整个的猛冲过去,陷入恒星,转瞬即逝。


恒星内部极强的能量,以及灼人的温度,足以片甲不留地摧毁一颗行星。但这不得不假设这颗行星在来到恒星附近时,可以不被它强大的引潮力撕碎。总之,用不了几年,一颗类地行星就能被完全消化掉了。

恒星杀死一颗行星的唯一留存证据就是,恒星内部会多出来好些金属——用天文学家的话来说,只要比氦元素重的都是金属元素——而这些元素,比如硅,氧和碳,都是行星生长所必需的。


(图解:太阳的在阿尔法望远镜中呈现的氢元素。图源:pixels。)

随着时间的推移,包围在恒星外的金属元素会慢慢地溜进恒星的核心里,因为这些金属元素比参与构成恒星大部分的氢和氦重。天文学家们只能通过研究恒星的表面来了解恒星由什么构成,因为恒星只有表面发光。真正要确定恒星里层有什么元素,就得借助恒星的光谱了。所以,只要金属元素们一陷入恒星深处,就能完美地从天文学家的眼皮子底下溜走,恒星所犯的“罪行”的证据也烟消云散。


【矛盾】

但是掩盖这一“罪行”究竟要花多长时间呢?根据金属元素在恒星内的扩散,早期的估测表明这需要几十亿年甚至更多,这意味着我们能观测到的任何行星都没法完全掩饰。

但是发表在《皇家天文学会月刊》(the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的一项新研究,提出了一个不太一样的观点。在一个精确测定证据留存时间的实验中,研究团队建立了很多恒星模型,并且依据恒星会在何时以及会如何吃掉行星建立了各种各样的情况。在他们的模拟实验中,天文学家们解释了恒星内部的“金属元素填充物”会导致其密度与周围不同,这样金属元素们就可以被更快地牵拉着沉入恒星内部——比只有引力快得多。


自然地,每颗恒星有每颗恒星自己的答案,因为这取决于恒星有大,以及它吃掉了多少来自行星的物质。但一般来说,恒星一般把这些金属元素放在自己的表面的时间不超过十亿年。

因此,为了找到“恒星杀人案”,天文学家们不得不去捉住一颗没到十亿岁的恒星。同时,他们不可以单单只看一颗恒星,因为我们很难分辨这颗恒星到底是吃了行星还是单纯因为自己生来就有过多的金属元素。所以,天文学家们要把目光放在双星系统上,在其中一颗恒星就会明显比另一颗多更多的金属元素。在这种罕见的情况下——罕见的不到十亿岁的双星系统——天文学家才最终能逮捕到“杀人凶手”。

BY:Paul Sutter

FY:Stella Zhang

如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

免责声明:

本文内容来自用户上传并发布或网络新闻客户端自媒体,本站点仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,请联系删除。